[发明专利]一种微流量阀及直接液体燃料电池燃料供给系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种液体微流量阀及利用其构建的直接液体燃料电池阳极燃料供给系统。微流量阀限制了阳极燃料的最大供应量，保证了直接液体燃料电池系统的安全；基于该阀的燃料供给系统，其减少了传统直接液体燃料电池阳极燃料供给系统中所用的燃料浓度传感器、微型泵、微型电磁阀等部件，提高了系统的集成度和可靠性。

背景技术

直接液体燃料电池是将液体燃料中的化学能直接转化为电能的一种电化学反应装置。液体燃料(包括醇类燃料及甲酸和乙酸等)的比能量密度高，在便携式移动电源领域具有广阔的应用前景。

为提高系统的燃料利用率，增加系统的集成度，在直接液体燃料电池系统中，其阳极的燃料溶液是循环利用的。但由于直接液体燃料电池存在燃料渗透以及催化剂毒化等问题，系统运行时，阳极的溶液需要维持在一定的浓度范围内，系统才能安全可靠的工作。因此，随系统运行时间的增长，溶液中的燃料不断被消耗，需要适时的向系统阳极补充高浓度燃料或者是纯燃料，系统才能连续稳定运行。

在直接液体燃料电池系统中，一般阳极燃料的供给都是通过浓度传感器、微型燃料泵、微型电磁阀等器件构成的燃料调节系统或类似系统来完成。目前，直接醇类燃料电池系统的运行寿命一般可达数千小时，在系统全寿命中微型燃料泵、微型电磁阀的动作将达到数百万次。这对微型燃料泵、微型电磁阀的可靠性提出了严峻的挑战。目前，仍很少有厂家能够保证微型燃料泵、微型电磁阀这一数量级的动作寿命。此外，微型燃料泵、微型电磁阀大部分是基于MEMS技术制造，尚在发展之中，成本昂贵。而在线液体燃料浓度传感器尚没有成熟的产品，已研究开发的浓度传感器大多是基于电化学原理，由于该类型传感器需要采用贵金属催化剂，成本很难降低，可靠性也需要进一步考察。

发明内容

本发明针对以上现有技术的不足，开发一种液体微流量阀及基于该微流量阀构建的直接液体(甲醇、乙醇、乙二醇、甲酸、乙酸等)燃料电池阳极燃料供给系统；液体微流量阀将燃料流量限制在很低的数量级(如mL/min-uL/min)，并且针对额定输出功率的直接液体燃料电池系统限制了阳极燃料的最大供应量；阳极燃料供给系统利用该微流量阀和阳极溶液循环泵配合实现燃料自动补充。

本发明采用的具体技术方案包括以下内容：

一种液体微流量阀，包括燃料入口阀体、燃料出口阀座，在燃料入口阀体与燃料出口阀座间的燃料流经通路上设置有微孔膜；即在微孔膜放置在阀体和阀座的接口处。

在微孔膜与燃料入口阀体和/或燃料出口阀座间设置有密封环，微孔膜与燃料入口阀体或燃料出口阀座之间通过密封环密封。

所述燃料入口阀体和/或燃料出口阀座通过螺钉固接成一体。

所述微孔膜为具有非亲水性膜，孔径介于1um～5um；阀座和阀体都是由耐溶剂析出的高分子聚合物或耐腐蚀的金属制造而成。

所述微孔膜为聚偏氟乙烯PVDF膜或聚四氟乙烯PTFE膜；阀座和阀体都是由PEI、PEFE、PP、不锈钢、钛或钛合金制造而成。

所述阀座的下方设有与外界流体相连通的主管道，主管道上设有外界流体的入口和出口，阀座的燃料出口与主管道相连通，在主管道的入口端设置有喉管；主管道直径D介于3～12mm，喉管的长度介于5～10mm，喉管的直径d与主管道直径D的比值为1/2～1/20。

一种直接液体燃料电池燃料供给系统，包括直接液体燃料电池电堆、所述微流量阀、气液分离器、单向阀、溶液循环泵、液体流量传感器、温度传感器、电流传感器、电路控制单元构成；

直接液体燃料电池电堆阳极出口的气液混合物通过管路直接进入气液分离器，气液分离器物料出口与电堆的阳极入口通过管路连接，在它们的连接管路上依次设置有单向阀和溶液循环泵，单向阀的入口和气液分离器的出口相连，溶液循环泵出口与电堆阳极入口相连；

所述微流量阀的主管道设置于单向阀和溶液循环泵之间的管道上，微流量阀的主管道入口与单向阀的出口相连，微流量阀的主管道出口与溶液循环泵的入口相连；

所述微流量阀的阀体燃料入口与燃料储罐管路连接，且它们的连接管路上设置有液体流量传感器；

温度传感器检测电堆温度，电流传感器检测电堆输出电流；温度传感器的温度信号、电流传感器的电流信号、液体流量传感器的流量信号输入电路控制单元，电路控制单元按照设定的程序调整施加给溶液循环泵的供电电压，调节溶液循环泵的消耗功率。

溶液循环泵的消耗功率调整是以电堆温度和电堆电流为参数进行的；循环泵的供电电压调节范围介于0.5-1倍的V标称电压之间。